RU2071034C1 - Navigational complex - Google Patents
Navigational complex Download PDFInfo
- Publication number
- RU2071034C1 RU2071034C1 RU93051295A RU93051295A RU2071034C1 RU 2071034 C1 RU2071034 C1 RU 2071034C1 RU 93051295 A RU93051295 A RU 93051295A RU 93051295 A RU93051295 A RU 93051295A RU 2071034 C1 RU2071034 C1 RU 2071034C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensors
- signals
- aircraft
- angles
- pitch
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к навигации. Оно может быть использовано для повышения точности определения текущих координат и пространственных углов - курса и тангажа летательных аппаратов (ЛА). Задачи повышения точности определения текущих координат ЛА возникают при выводе ЛА в точку с заданными координатами к началу взлетно-посадочной полосы, при аэрофотосъемке для улучшения точности токопривязки аэроснимков к местности и ряде других случаев. The invention relates to navigation. It can be used to improve the accuracy of determining the current coordinates and spatial angles - the course and pitch of aircraft. The tasks of increasing the accuracy of determining the current coordinates of the aircraft arise when the aircraft is brought to a point with the specified coordinates to the start of the runway, during aerial photography to improve the accuracy of the current location of aerial photographs to the terrain and a number of other cases.
Аналогом изобретения, с одной стороны, может служить навигационная система [2] в которой наземная радионавигационная система применяется для периодической коррекции магнитного датчика направления (МДН), использующего горизонтальную составляющую магнитного поля Земли. An analogue of the invention, on the one hand, can be a navigation system [2] in which the ground-based radio navigation system is used to periodically correct a magnetic direction sensor (MDN) using the horizontal component of the Earth’s magnetic field.
С другой стороны, аналогом и прототипом изобретения, в котором высокая точность навигационных измерений достигается за счет комплексирования (совместной обработки) сигналов от навигационных датчиков (подсистем) в вычислителе навигационного комплекса НК, являются, получившие широкое распространение НК [1] состоящие из аппаратуры потребителя спутниковой навигационной системы АП СНС [1,3] и системы пространственной ориентации в виде бесплатформенной инерциальной навигационной системы БИНС [1, 3, 5, 6] в свою очередь состоящей из прецизионной гидрометрической системы ГМС, и прецизионной акселерометрической системы АМС, установленной на ЛА в связанной системе координат, и вычислителя, в котором осуществляется комплексирование сигналов указанных подсистем. Основными недостатками аппаратуры ИНС является ее громоздкость, дороговизна и сложность в эксплуатации. On the other hand, the analogue and prototype of the invention, in which high accuracy of navigation measurements is achieved by combining (joint processing) of signals from navigation sensors (subsystems) in the computer of the navigation complex of the NK, are widely used NK [1] consisting of satellite consumer equipment navigation system AP SNA [1,3] and spatial orientation system in the form of a strapdown inertial navigation system BINS [1, 3, 5, 6], in turn, consisting of precision idrometricheskoy GMR system, and a precision accelerometer AMC system mounted on the aircraft in the coupled system of coordinates, and a calculator, in which the signals of said interconnecting subsystems. The main disadvantages of ANN equipment are its bulkiness, high cost and complexity in operation.
Увеличение точности навигационных измерений получается за счет комплексирования, различных по принципам действия, навигационных подсистем, включенных в навигационный комплекс НК [1, 5, 6] Под комплексирования двух и более датчиков поднимается совместная обработка их сигналов таким образом, чтобы уменьшить ошибки измерения. На фиг.1 приведена схема простейшего примера комплексирования двух измерителей, который описывается следующими выражениями
При F(p) 1/(1 + Тр) (2)
Y(p) = X(p)+1/(1+Tp)δ1+Tp/(1+Tp)δ2 (3)
На фиг.1 обозначено: 1 измеритель 1 с ошибкой с широкополосным спектром, 2 измеритель 2 с ошибкой с узкополосным спектром, 3 сигнал X+δ1, 4 сигнал X+δ2, 5 фильтр с передаточной функцией F(p) 1/(1 + Tp), 6 - сигнал Y на выходе устройства.An increase in the accuracy of navigation measurements is obtained due to the integration of navigation subsystems that are different according to the operating principles included in the navigation complex of the NK [1, 5, 6] Under the integration of two or more sensors, the combined processing of their signals is raised in such a way as to reduce measurement errors. Figure 1 shows a diagram of the simplest example of the integration of two meters, which is described by the following expressions
For F (p) 1 / (1 + Tr) (2)
Y (p) = X (p) + 1 / (1 + Tp) δ 1 + Tp / (1 + Tp) δ 2 (3)
Figure 1 indicates: 1
Приведенные выкладки показывают, что если спектр ошибки первого датчика имеет широкую полосу, а второго узкую, то на выходе системы обработки (фильтра) будет иметь ослабление обеих составляющих ошибок. Наибольший выигрыш от комплексирования получается при малом пересечении энергетических спектров ошибок этих измерителей. The above calculations show that if the error spectrum of the first sensor has a wide band and the second is narrow, then the output of the processing system (filter) will have attenuation of both components of the error. The greatest gain from integration is obtained with a small intersection of the energy spectra of the errors of these meters.
Цель изобретения точное определение текущих координат и пространственных углов ЛА за счет комплексирования [1, 5, 6, 7] в вычислителе НК сигналов от АП СНС с сигналами от системы пространственной ориентации, состоящей из сравнительно простых и недорогих авиационных датчиков: трехстепенного МДН, датчиков углов крена и тангажа и воздушных датчиков углов атаки и скольжения. The purpose of the invention is the accurate determination of the current coordinates and spatial angles of the aircraft due to the integration [1, 5, 6, 7] in the calculator of the NK signals from the AP SNA with signals from the spatial orientation system, consisting of relatively simple and inexpensive aviation sensors: three-stage MDS, angle sensors roll and pitch and air sensors of angles of attack and slip.
АП СНС (систем ГЛОНАСС и НАВСТАР ) позволяет определить текущие координаты и компоненты вектора скорости ЛА в земной системе координат [4] Спектр ошибок АП СНС занимает достаточно широкую полосу частот. AP SNA (GLONASS and NAVSTAR systems) allows you to determine the current coordinates and components of the velocity vector of the aircraft in the Earth's coordinate system [4] The error spectrum of AP SNA occupies a fairly wide frequency band.
Магнитное поле Земли вращается совместно с поверхностью планеты, поэтому ошибок прецессии, имеющих в ИНС и связанных с вращением Земли, в такой системе не будет. Вместе с тем из-за движения ЛА вдоль земной поверхности будет медленно меняться положение магнитного вектора (углы склонения и наклонения). Спектры ошибок, связанных с изменением этих углов и с изменением угла сноса ЛА, вызываемого изменением постоянной составляющей скорости ветра, достаточно узки. The Earth’s magnetic field rotates together with the planet’s surface, so there will be no precession errors that are in the ANN and associated with the Earth’s rotation in such a system. However, due to the movement of the aircraft along the earth's surface, the position of the magnetic vector (declination and inclination angles) will slowly change. The spectra of errors associated with a change in these angles and with a change in the drift angle of the aircraft, caused by a change in the constant component of the wind speed, are rather narrow.
Углы тангажа и рыскания можно вычислить, соответственно, как сумму углов атаки и скольжения с углами вертикальной и горизонтальной компонент вектора скорости ЛА, измеряемого АП СНС. Так как спектры ошибок измерения АП СНС и датчиков углов атаки и скольжения довольно широки, то и вычисленные значения углов тангажа и рыскания будут иметь ошибку с широкой полосой спектра. The pitch and yaw angles can be calculated, respectively, as the sum of the angles of attack and slip with the angles of the vertical and horizontal components of the velocity vector of the aircraft, as measured by the AP of the SNA. Since the error spectra of measuring the AP of the SNA and the sensors of the angle of attack and slip are quite wide, the calculated values of the pitch and yaw angles will have an error with a wide spectrum band.
Сигналы, измеренные датчиками крена и тангажа, которые являются обычно гироскопическими датчиками, обладают весьма низкочастотными спектрами ошибок. The signals measured by the roll and pitch sensors, which are usually gyroscopic sensors, have very low frequency error spectra.
Сущность изобретения состоит в том, что в отличии от НК с ИНС, в которых отсчет пространственных углов ЛА производится относительно инерциальных осей пространства, в данном изобретении предлагается отсчет пространственных углов ЛА производить от базы, определяемой сигналами трехстепенного МДН, измеряющего составляющие вектора магнитного поля Земли, и сигналами датчиков углов тангажа, крена. The essence of the invention lies in the fact that, in contrast to a spacecraft with an ANN, in which the spatial angles of the aircraft are counted relative to the inertial axes of space, the present invention proposes the spatial angles of the aircraft to be counted from the base determined by the signals of the three-degree MDS, which measures the components of the Earth’s magnetic field, and signals of pitch angle sensors, roll.
Для однозначного определения положения координатных осей ЛА в пространстве при полетах в зоне средних широт достаточно кроме углов склонения и наклонения вектора магнитного поля Земли МПЗ знать один из пространственных углов ЛА (тангажа или крена). Но при пролетах в экваториальной зоне направление оси датчика пространственного угла ЛА может совпасть с направлением вектора магнитного поля Земли. При этом резко упадет точность измерения координат. Такой проблемы не возникнет, если вводить в вычислитель НК наибольший по отклонению от оси вектора МПЗ углов крена или тангажа ЛА, непрерывно измеряемых соответствующими датчиками. In order to unambiguously determine the position of the coordinate axes of an aircraft in space during flights in the mid-latitude region, it is sufficient to know one of the aircraft’s spatial angles (pitch or roll) in addition to the declination and inclination of the Earth’s magnetic field vector. But when flying in the equatorial zone, the direction of the axis of the sensor of the spatial angle of the aircraft can coincide with the direction of the vector of the Earth's magnetic field. In this case, the accuracy of coordinate measurement will drop sharply. Such a problem will not arise if the ND calculator introduces the largest in deviation from the axis of the MPF vector angles of roll or pitch of the aircraft, continuously measured by the respective sensors.
На малых отрезках времени из-за широкого спектра ошибок точность навигационных измерений в НК не высока. С целью повышения точности измерения текущих значений координат и пространственных углов ЛА, путем комплексирования сигналов в вычислителе НК, в состав НК для комплексирования в вычислителе вводятся, установленные на ЛА в связанной системе координат, датчики линейных ускорений ДЛУ и угловых скоростей ДУС, имеющие сравнительно узкие спектры ошибок. For small periods of time, due to a wide range of errors, the accuracy of navigation measurements in the NK is not high. In order to increase the accuracy of measuring the current values of the coordinates and spatial angles of the aircraft, by combining the signals in the computer NK, the composition of the NK for complexing in the computer are entered installed on the aircraft in a connected coordinate system, sensors of linear accelerations of the DLD and angular velocities of the TLS having relatively narrow spectra mistakes.
Схема предлагаемого устройства точного измерения параметров движения ЛА изображена на фиг.2. В бортовой вычислитель НК 1 поступают сигналы величин компонент вектора магнитного поля Земли, измеренные трехстепенным МДН 2, установленном в зоне малого влияния магнитных масс на ЛА в связанной системе координат, датчиков углов крена 3 и тангажа ЛА 4 и датчиков углов атаки 8 и скольжения 9. От АП СНС 5 поступают сигналы о координатах ЛА 6 и составляющих его вектора скорости 7. Для увеличения точности измерения текущих значений координат, скоростей и пространственных углов ЛА на малых отрезках времени в состав НК (ДЛУ) 10 и угловых скоростей (ДУС) 11, установленные на ЛА в связанной системе координат. На основе данных, полученных от упомянутых выше систем и датчиков, в вычислителе на основе комплексирования вычисляются точные значения углов тангажа (12), крена (13) и рыскания (14), а также точные значения координат (15) и составляющих вектора скорости 16 ЛА. Для уменьшения времени переходных процессов в вычислитель перед стартом вводятся начальные значения координат и углов с пульта 17. The scheme of the proposed device for accurate measurement of the parameters of the aircraft is shown in figure 2. The onboard computer NK 1 receives signals of the magnitude of the components of the Earth’s magnetic field vector, measured by the three-
На фиг.3 приведена структурная сема программы вычислителя. Выбор конфигурации и параметров вычислителя, обеспечивающих уменьшение ошибок навигационных измерений за счет комплексирования совместной обработки - сигналов, поступающих от входящих в навигационный комплекс навигационных подсистем и отдельных датчиков, достигается за счет реализации в вычислителе алгоритма комплексирования сигналов [6, 7] На фиг.3 обозначено:
1 магнитный датчик направления;
2 вычислитель углов наклонения и склонения в связанной системе координат;
3 датчик углов тангажа и крена;
4 вычислитель углов наклонения, склонения и рыскания (магнитного) в земной системе координат;
5 фильтр, комплексирующий сигналы датчиков углов атаки, скольжения, крена, рыскания и тангажа с сигналами спутниковой навигационной системы;
6 фильтр, комплексирующий сигналы координат и скорости ЛА с сигналами датчиков линейных ускорений;
7 фильтр, комплексирующий сигналы пространственных углов с сигналами датчиков угловых скоростей;
8 аппаратура потребителя спутниковой навигационной системы;
9 датчики углов атаки и скольжения;
10 сигналы магнитного датчика направления;
11 сигналы углов склонения и наклонения;
12 сигналы углов крена и тангажа;
13 сигналы углов крена, тангажа, рыскания и углов склонения и наклонения в земной системе координат;
14 поправки к углам склонения и наклонения в земной системе координат;
15 сигналы координат и скорости ЛА после комплексирования;
16 сигналы углов крена, тангажа, рыскания;
17 сигналы датчиков линейных ускорений;
18 сигналы датчиков углов скоростей;
19 сигналы координат и скорости ЛА от аппаратуры потребителя спутниковой навигационной системы;
20 сигналы датчиков углов атаки и скольжения;
21 точные сигналы координат и скорости ЛА;
22 точные сигналы углов крена, тангажа, рыскания.Figure 3 shows the structural seme of the program of the calculator. The choice of configuration and parameters of the calculator, providing a reduction of errors in navigation measurements due to the integration of joint processing — the signals coming from the navigation subsystems included in the navigation complex and individual sensors, is achieved through the implementation of the algorithm for combining signals in the calculator [6, 7] Figure 3 indicates :
1 magnetic direction sensor;
2 calculator of the angles of inclination and declination in a connected coordinate system;
3 pitch and roll angle sensor;
4 calculator of the angles of inclination, declination and yaw (magnetic) in the earth's coordinate system;
5 filter, combining the signals of the sensors of the angles of attack, slip, roll, yaw and pitch with the signals of the satellite navigation system;
6 filter, combining the signals of the coordinates and speed of the aircraft with the signals of the sensors of linear accelerations;
7 filter that combines signals of spatial angles with signals of angular velocity sensors;
8 consumer equipment of satellite navigation system;
9 sensors of angles of attack and slip;
10 signals of a magnetic direction sensor;
11 signals of the angles of declination and inclination;
12 tilt and pitch angle signals;
13 signals of roll angles, pitch, yaw and declination and inclination angles in the earth coordinate system;
14 corrections to the angles of declination and inclination in the earth's coordinate system;
15 signals of coordinates and speed of the aircraft after integration;
16 signals of roll angles, pitch, yaw;
17 signals of linear acceleration sensors;
18 signals of sensors of angles of speeds;
19 signals of the coordinates and speed of the aircraft from the consumer equipment of the satellite navigation system;
20 signals of sensors of angles of attack and slip;
21 accurate signals of coordinates and speed of the aircraft;
22 accurate angle signals of roll, pitch, yaw.
Помимо параметрической оптимизации алгоритма комплексирования [6, 7] может быть реализован оптимальный алгоритм комплексирования, обеспечивающий минимальную норму вектора ошибок, который вычисляется с помощью методов оптимальной фильтрации [1, 5] с учетом вектора наблюдения системы математической модели ошибок датчиков, а также уравнений связи (в общем случае нелинейной) между датчиками. In addition to the parametric optimization of the complexing algorithm [6, 7], an optimal complexing algorithm can be implemented that provides the minimum norm of the error vector, which is calculated using optimal filtering methods [1, 5], taking into account the observation vector of the mathematical model of sensor errors and the communication equations ( generally nonlinear) between sensors.
При вводе начальных (стартовых) значений координат и углов алгоритм оптимального фильтра, определяющий программу обработки сигналов в вычислителе, может иметь структуру с постоянными параметрами. When entering the initial (starting) values of coordinates and angles, the optimal filter algorithm that determines the signal processing program in the computer can have a structure with constant parameters.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Бабич О.А. Обработка информации в навигационных комплексах. М. Машиностроение, 1991.LITERATURE
[1] Babich O.A. Information processing in navigation systems. M. Engineering, 1991.
[2] Заявка Франции 2614694. Публ. 04.11.88. [2] Application France 2614694. Publ. 11/04/88.
[3] Патент США 4743914. Публ. 10.05.88. [3] US Patent 4,743,914. Publ. 05/10/08.
[4] Авиационная радионавигация: Справочник. Под ред. А.А. Сосновского. - М. Транспорт, 1990. [4] Aeronautical Radio Navigation: A Handbook. Ed. A.A. Sosnovsky. - M. Transport, 1990.
[5] Ривкин С.С. и др. Статистическая оптимизация навигационных систем. - Л. Судостроение, 1976. [5] Rivkin S.S. et al. Statistical optimization of navigation systems. - L. Shipbuilding, 1976.
[6] Челпанов И.Б. Оптимальная обработка сигналов в навигационных системах. М. Наука, 1967. [6] Chelpanov IB Optimal signal processing in navigation systems. M. Science, 1967.
[7] Бобнев М.П. Кривицкий Б.Х. Ярлыков М.С. Комплексные системы радиовтоматики. М. Сов. радио, 1968. [7] Bobnev M.P. Krivitsky B.Kh. Yarlykov M.S. Integrated radio automation systems. M. Sov. radio, 1968.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93051295A RU2071034C1 (en) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | Navigational complex |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93051295A RU2071034C1 (en) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | Navigational complex |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93051295A RU93051295A (en) | 1996-06-10 |
RU2071034C1 true RU2071034C1 (en) | 1996-12-27 |
Family
ID=20149075
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93051295A RU2071034C1 (en) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | Navigational complex |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2071034C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008150198A1 (en) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Ravil Gafievich Hadeev | Position indicator together with the predicted displacement thereof |
WO2009008774A1 (en) * | 2007-07-09 | 2009-01-15 | Ravil Gafievich Hadeev | Display for displaying a parameter and the predictable value thereof on a common scale |
RU2498223C1 (en) * | 2012-05-04 | 2013-11-10 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Functioning method of topographic surveying vehicle in control-and-correction station mode |
RU2498222C1 (en) * | 2012-05-04 | 2013-11-10 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | System of data exchange of topographic surveying vehicle |
RU2572407C1 (en) * | 2014-10-27 | 2016-01-10 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Control over topographic survey vehicle |
RU2657337C1 (en) * | 2017-01-18 | 2018-06-13 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Method of receiving and transmitting differential corrections by the topographic survey vehicle |
-
1993
- 1993-11-12 RU RU93051295A patent/RU2071034C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Бабич О.А. Обработка информации в навигационных комплексах. - М.: Машиностроение, 1991, стр.6 - 8. * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008150198A1 (en) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Ravil Gafievich Hadeev | Position indicator together with the predicted displacement thereof |
WO2009008774A1 (en) * | 2007-07-09 | 2009-01-15 | Ravil Gafievich Hadeev | Display for displaying a parameter and the predictable value thereof on a common scale |
RU2498223C1 (en) * | 2012-05-04 | 2013-11-10 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Functioning method of topographic surveying vehicle in control-and-correction station mode |
RU2498222C1 (en) * | 2012-05-04 | 2013-11-10 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | System of data exchange of topographic surveying vehicle |
RU2572407C1 (en) * | 2014-10-27 | 2016-01-10 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Control over topographic survey vehicle |
RU2657337C1 (en) * | 2017-01-18 | 2018-06-13 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Method of receiving and transmitting differential corrections by the topographic survey vehicle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA1277401C (en) | Method for determining the heading of an aircraft | |
Biezad | Integrated navigation and guidance systems | |
US6389333B1 (en) | Integrated flight information and control system | |
US6473676B2 (en) | Method, apparatus and computer program product for estimating airplane attitude with reduced sensor set | |
US6493631B1 (en) | Geophysical inertial navigation system | |
CN101256080B (en) | Midair aligning method for satellite/inertia combined navigation system | |
EP0026626B1 (en) | Autonomous navigation system | |
US4405986A (en) | GSP/Doppler sensor velocity derived attitude reference system | |
CN108759845A (en) | A kind of optimization method based on inexpensive multi-sensor combined navigation | |
CN105242682B (en) | Target drone target signature measurement system | |
US2968957A (en) | Centripetal acceleration compensation computer for stable platform | |
CN105928515A (en) | Navigation system for unmanned plane | |
CN113340298A (en) | Inertial navigation and dual-antenna GNSS external reference calibration method | |
RU95117763A (en) | COMPLEX ON-BOARD TRAJECTOR MEASUREMENTS | |
RU2071034C1 (en) | Navigational complex | |
CN105928519A (en) | Navigation algorithm based on INS inertial navigation, GPS navigation and magnetometer | |
US2936627A (en) | Vertical and velocity reference defining system | |
US5841370A (en) | Method and apparatus for determining aircraft bank angle using satellite navigational signals | |
US5451963A (en) | Method and apparatus for determining aircraft bank angle based on satellite navigational signals | |
RU2313067C2 (en) | Method of determination of flying vehicle navigational parameters and device for realization of this method | |
RU2293950C1 (en) | Flying vehicle navigation complex | |
Bijker | Development of an attitude heading reference system for an airship | |
RU2170410C1 (en) | Flying vehicle navigation complex | |
Sabziev et al. | On the problems of determining the trajectory of an aerial vehicle based on inertial navigation system data | |
US20050143872A1 (en) | Aircraft gps instrumentation system and relative method |